CN110904775B - 基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面 - Google Patents

Abstract

基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，本发明涉及一种基于石墨烯导电沥青层的自融雪路面，它为了解决现有导电沥青导电发热性能不佳的问题。本发明基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面由多个模块化自融雪路面单元拼接而成，所述的模块化自融雪路面单元是在基板上依次铺设下沥青层、石墨烯导电沥青层、绝缘沥青层和面层，在石墨烯导电沥青层内间隔排布有多个电极，其中石墨烯导电沥青层按重量份由沥青、集料、矿粉和高导电材料组成，所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成。本发明通过在沥青混合料中加入聚吡咯石墨烯复合材料，使石墨烯导电沥青层高导电，自融雪路面的整体导电发热性能良好。

Description

基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面

技术领域

本发明涉及一种基于石墨烯导电沥青层的自融雪路面。

背景技术

目前我国北方大部分地区都普遍面临着寒冷时节沥青混凝土道路积雪、结冰后的交通安全问题，目前应对此问题的主要方法是机械除雪、撒盐破冰，国内大多数采用“撒盐法”对冰雪进行清除，但氯化纳、氯化钙等融雪剂在除冰雪的过程中，一方面破坏着路面结构，另一方面对于环境也有着严重的污染，同时此种除冰雪的效率也比较低。

导电沥青是一种智能化的道路建筑材料，利用导电沥青的电热效应对自身加热，可广泛应用于沥青道路应急除冰和冬季保障通行等方面。导电沥青接通电源后，通过电热效应能够使覆盖积雪的沥青路面温度升高，及时融化冰雪，有效消除冰雪危害，从而保障道路畅通和行车安全。导电性能决定了导电沥青工作状态下的电能利用效率，是导电沥青性能的关键指标，但是由于沥青本身是绝缘体，所以制备导电沥青的原理是在沥青中添加导电相材料，通过导电相使得沥青能够导电。现有技术下的导电沥青的导电性能往往不是十分理想，制约了导电沥青路面的研究发展。

而且，导电沥青路面的施工期受天气温度影响严重，施工程序自动化低，并且基层施工养护时间长，造成施工周期较长。其次，现浇注沥青路面施工技术由于材料运输距离远、施工环境差异化严重，导致施工工艺难以保证，进而使得沥青路面质量均匀性差。装配式沥青路面是针对传统现场浇注沥青路面存在的问题而提出的新型路面结构形式，通过在预制场加工分块路面板，再运输至现场进行组装的方式，实现了沥青路面程序化施工，但是这种方法中会预留出拼接接缝，在受荷载作用下，相邻两块板在接缝处的变形不一致，在接缝处的沥青面层会受到较大的剪应力，从而发生破坏，体现在宏观上就是因为基层存在裂缝导致裂缝向上发展，即产生反射裂缝。

此外，沥青混合料在重复行车荷载和环境温度变化综合作用下导致的开裂，对电阻率产生显著影响，自身蓄热较大，影响除雪除冰效果，且目前沥青基嵌缝料无法满足伸缩缝由于受到路面环境变化影响导致的损坏，不能适应路面接缝、裂缝宽度变化和不能实现装配式导电沥青路面的导电网络形成，从而使导电不连续，降低了电导率，浪费能源和影响融冰融雪效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有导电沥青导电发热性能不佳的问题，而提供了一种基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面。

本发明基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面由多个模块化自融雪路面单元拼接而成，所述的模块化自融雪路面单元包括基板、下沥青层、电极、石墨烯导电沥青层、绝缘沥青层和面层，所述基板的材质为贫混凝土，在基板的上表面设置有围沿，下沥青层铺设在围沿内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层铺设在下沥青层表面并通过乳化沥青粘接剂粘接，在石墨烯导电沥青层内间隔排布有多个电极，电极沿着石墨烯导电沥青层的厚度方向设置，在石墨烯导电沥青层的上表面粘接有绝缘沥青层，面层铺设在绝缘沥青层上；

相邻两个模块化自融雪路面单元中的石墨烯导电沥青层的连接处存在接缝，在接缝内浇筑有导电相变接头，导电相变接头为导电形状记忆复合材料；

其中石墨烯导电沥青层按重量份由10～16份沥青、70～120份集料、12～18份矿粉和高导电材料组成；

所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成；聚吡咯/石墨烯复合材料占沥青质量百分含量的3-10％，导电形状记忆复合材料占沥青质量百分含量的3-6％。

聚吡咯作为一种重要的导电聚合物，因结构多样化、合成简单、抗氧化性好、导电性高等特点而备受人们关注，但其力学延展性差。石墨烯具有超高的电导率、优异的机械性能和热稳定性以及巨大的比表面积，石墨烯与聚吡咯进行复合反应，形成性能互补。石墨烯可以为聚吡咯提供足够的电化学反应活性区域；其巨大的比表面积和表面丰富的官能团，与聚合物复合后对于聚合物的电容特性具有显著的改善效果。聚吡咯石墨烯复合材料具有良好的热稳定性和导电性能，加入到导电沥青中，会大大提高导电沥青的电导率。

本发明制备的导电形状记忆复合材料具有显著的形状记忆效应，可以主动迎合路面接缝、裂缝处宽度变化，根据路面环境变化，更好的贴合在沥青混合料层之间，解决了目前沥青路面嵌缝料开裂，渗水，易老化，抗裂性差、形状记忆效果差，形状回复力较小等问题，从而延长沥青路面使用性能和耐久性；本发明制备导电形状记忆复合材料中使用AOT能够显著增大导电形状记忆复合材料的电导率，使用CMP-410环氧树脂活性增韧剂能与环氧树脂、固化剂发生交联，得到的导电形状记忆复合材料具有优良的韧性和抗开裂性，导电性能良好；本发明制备的导电形状记忆复合材料的弹性模量为1Ga～3.2Ga，导电性好，具有显著的形状记忆效应，可回复应力大，最大可回复应变为80％～100％。

本发明在导电沥青中加入聚吡咯石墨烯复合材料，提高了导电沥青的导电性能，然后通过将导电形状记忆复合材料通过将掺加到沥青路面上面层混合料中，在保证导电沥青抗电导率的同时，实现对沥青路面自愈合性能的提升作用，减少塑形变形的累积。

现有导电发热沥青路面的研究中，虽然有将导电沥青混合料作为路面磨耗层的研究，但是沥青混合料用于表层容易发生老化、开裂等问题，而裂缝对沥青混合料的导电率有显著的影响，同时处于安全考虑，现有研究中大多还是将导电发热沥青混合料设定成夹在有一定绝缘能力的路面材料结构层之间的“三明治”路面结构中。本发明基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面由多个模块化自融雪路面单元拼接而成，模块化自融雪路面单元预制而成，其中模块化多相材料的自融雪路面中的下沥青层(下面层)主要起到承重层的作用，采用密实骨架型沥青混合料，下沥青层的厚度为5～10cm；石墨烯导电沥青层起到导电发热和联结作用，石墨烯导电沥青层的厚度为3～6cm；考虑到面层(磨耗层)在冬季同时受到下层高温和环境低温对面层稳定性的影响，因此在石墨烯导电沥青层上设置厚度较薄的绝缘沥青层，厚度为0.3～1.0cm，绝缘沥青层可以采用导热增强型沥青混合料(如石墨粉掺杂的改性的沥青混合料)，最后在绝缘沥青层表面铺设面层。

本发明基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面优化路面各层结构，通过在沥青混合料中加入聚吡咯石墨烯复合材料，使石墨烯导电沥青混合料高导电，自融雪路面的整体导电发热性能良好。

附图说明

图1为本发明的模块化的自融雪路面的结构示意图；

图2为基板上榫槽处的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面由多个模块化自融雪路面单元拼接而成，所述的模块化自融雪路面单元包括基板1、下沥青层2、电极3、石墨烯导电沥青层4、绝缘沥青层6和面层7，所述基板1的材质为贫混凝土，在基板1的上表面设置有围沿1-1，下沥青层2铺设在围沿1-1内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层4铺设在下沥青层2表面并通过乳化沥青粘接剂粘接，在石墨烯导电沥青层4内间隔排布有多个电极3，电极3沿着石墨烯导电沥青层4的厚度方向设置，在石墨烯导电沥青层4的上表面粘接有绝缘沥青层6，面层7铺设在绝缘沥青层6上；

相邻两个模块化自融雪路面单元中的石墨烯导电沥青层4的连接处存在接缝，在接缝内浇筑有导电相变接头5，导电相变接头5为导电形状记忆复合材料；

其中石墨烯导电沥青层4按重量份由10～16份沥青、70～120份集料、12～18份矿粉和高导电材料组成；

所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成；聚吡咯/石墨烯复合材料占沥青质量百分含量的3-10％，导电形状记忆复合材料占沥青质量百分含量的3-6％。

本实施方式石墨烯导电沥青层中的导电形状记忆复合材料和导电相变接头的材质相同。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：石墨烯导电沥青层4的厚度为3～6cm，绝缘沥青层6的厚度为0.3～1.0cm。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：在基板1的侧边沿基板1的厚度方向开有多个榫槽8，相邻基板1拼接形成“H”形的榫槽8，榫接件9为“H”形，榫接件9插接在榫槽8中。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：石墨烯导电沥青层4中集料是由质量百分含量为70～82％的粗集料和质量百分含量为18～30％的细集料组成；粗集料为粒径大于2.36mm的砾石；细集料为粒径小于2.36mm的天然或人工砂；矿粉为石灰岩粉。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述石墨烯导电沥青层的制备方法如下：

一、按重量份称取10～16份沥青、70～120份集料和12～18份矿粉；将沥青和集料在170℃条件下搅拌混合90s，再加入矿粉搅拌90s后，得初混料；

二、将聚吡咯/石墨烯复合材料加入到步骤一的初混料中，在150～160℃条件下搅拌处理，得到混料B；

三、将导电形状记忆复合材料加入到混料B中，搅拌120-130s，然后采用马歇尔击实法，得到所述的石墨烯导电沥青层。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法按照以下步骤实现：

将石墨烯和分散剂分散在浓度为0.1-1mol/L的盐酸溶液中，再加入吡咯单体，搅拌使吡咯单体与石墨烯分散均匀，然后向其中滴加氧化剂的盐酸溶液，聚合反应5-15h，生成聚吡咯/石墨烯复合材料溶液；其中石墨烯和吡咯单体的质量比为2:1；吡咯单体与氧化剂的摩尔比为(0.5～15):1，石墨烯与分散剂的质量比为1:(0.2～5)。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述氧化剂为硫酸铁、氯化铁或过硫酸铵，分散剂为十二烷基硫酸钠。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述导电形状记忆复合材料的制备方法按照以下步骤实现：

一、将二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠加入到去离子水中，搅拌均匀后加入吡咯，再在冰水浴条件下搅拌反应10min～20min，得到溶液Ⅰ；

二、将三氯化铁溶液滴加到溶液Ⅰ中，再在冰水浴条件下搅拌反应6h，再加入丙酮，得到反应产物；

三、使用蒸馏水对反应产物洗涤，最后放入温度为60℃下真空干燥24h，再研磨成细粉末，得到AOT掺杂的聚吡咯；

四、将AOT掺杂的聚吡咯和环氧树脂加入到丙酮中，得到悬浊液，再将悬浊液超声，再在温度为60℃～65℃下挥发丙酮，得到环氧树脂/聚吡咯混合物；

五、向环氧树脂/聚吡咯混合物中加入固化剂、CMP-410环氧树脂活性增韧剂和石墨烯，再超声，最后将混合物倒入模具中固化成型，脱膜后得到导电形状记忆复合材料。

本实施方式步骤一中所述的二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠的物质的量与去离子水的体积比为(0.01mol～0.02mol):100mL。步骤二中所述的三氯化铁溶液与丙酮的体积比为3:(2～3)。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤一中所述的二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠与吡咯的摩尔比为1:(4～7)。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤二中三氯化铁溶液的质量分数为15％～20％，步骤二中所述的三氯化铁溶液与溶液Ⅰ的体积比为3:(2～3)。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤四中所述的AOT掺杂的聚吡咯和环氧树脂的质量比为(0.1～0.3):1。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤四中所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或脂环族环氧树脂中的一种或几种混合物。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤五中所述的固化剂为邻苯二甲酸酐或二乙烯三胺，固化剂与环氧树脂/聚吡咯混合物中环氧树脂的质量比为(8～60):100。

实施例1：本实施例基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面由多个模块化自融雪路面单元拼接而成，所述的模块化自融雪路面单元包括基板1、下沥青层2、电极3、石墨烯导电沥青层4、绝缘沥青层6和面层7，所述基板1的材质为贫混凝土，在基板1的上表面设置有围沿1-1，下沥青层2铺设在围沿1-1内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层4铺设在下沥青层2表面并通过乳化沥青粘接剂粘接，在石墨烯导电沥青层4内间隔排布有多个电极3，电极3沿着石墨烯导电沥青层4的厚度方向设置，在石墨烯导电沥青层4的上表面粘接有绝缘沥青层6，面层7铺设在绝缘沥青层6上；

相邻两个模块化自融雪路面单元中的石墨烯导电沥青层4的连接处存在接缝，在接缝内浇筑有导电相变接头5，导电相变接头5为导电形状记忆复合材料；

其中石墨烯导电沥青层4按重量份由10份SBS改性沥青、70份集料、18份矿粉和高导电材料组成，集料的级配采用AC-13；

本实施例所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成；聚吡咯/石墨烯复合材料占沥青质量百分含量的8％，导电形状记忆复合材料占沥青质量百分含量的4％。

本实施例在基板的侧边沿基板的厚度方向开有多个榫槽8，相邻基板拼接形成“H”形的榫槽8，榫接件9为“H”形，榫接件9插接在榫槽8中。

本实施例基板上的围沿可以作为下沥青层的浇筑模板，在相邻两个模块化自融雪路面单元的接缝处采用导电相变接头，提高整体石墨烯导电沥青层的导电性能。本实施例所述的电极为铜网电极，正负电极交替设置。

本实施例基板以及基板上的下沥青层和石墨烯导电沥青层(含电极)可以在工厂预制，电极和石墨烯导电沥青层(预)制成导电沥青组件，在现场施工时，在土基的垫层上拼接基板，相邻基板拼接形成连通的榫槽，榫接件插入榫槽中，在榫槽与榫接件的缝隙内灌注水泥净浆，基板的围沿内喷涂乳化沥青粘接剂，再浇筑下沥青层，电极和石墨烯导电沥青层设置在下沥青层上，相邻基板上的下沥青层之间的接缝内浇筑有导电相变接头，在石墨烯导电沥青层上铺设绝缘沥青层，最后铺设面层。

实施例2：本实施例与实施例1不同的是所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成；聚吡咯/石墨烯复合材料占沥青质量百分含量的6％，导电形状记忆复合材料占沥青质量百分含量的4％。

实施例3：本实施例与实施例1不同的是所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成；聚吡咯/石墨烯复合材料占沥青质量百分含量的5％，导电形状记忆复合材料占沥青质量百分含量的3％。

实施例4：本实施例与实施例1不同的是所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成；聚吡咯/石墨烯复合材料占沥青质量百分含量的4％，导电形状记忆复合材料占沥青质量百分含量的3％。

实施例1-4中所述的聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法按照以下步骤实现：

将石墨烯和分散剂分散在浓度为1mol/L的盐酸溶液中，再加入吡咯单体，搅拌使吡咯单体与石墨烯分散均匀，然后向其中滴加氧化剂的盐酸溶液(氧化剂溶于1mol/L的盐酸溶液中)，聚合反应5h，生成聚吡咯/石墨烯复合材料溶液；其中石墨烯和吡咯单体的质量比为2:1；吡咯单体与氧化剂的摩尔比为0.5:1，石墨烯与分散剂的质量比为1:1；所述氧化剂为过硫酸铵；分散剂为十二烷基硫酸钠。

实施例中所述的导电形状记忆复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、将0.015mol二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)加入到100mL去离子水中，搅拌均匀后加入0.06mol吡咯，再在冰水浴条件下搅拌反应15min，得到溶液Ⅰ；

二、将三氯化铁溶液滴加到溶液Ⅰ中，再在冰水浴条件下搅拌反应6h，再加入丙酮，得到反应产物；

步骤二中所述的三氯化铁溶液的质量分数为18％；

步骤二中所述的三氯化铁溶液与溶液Ⅰ的体积比为1:1；

步骤二中所述的三氯化铁溶液与丙酮的体积比为1:1；

三、使用蒸馏水对反应产物洗涤，最后放入温度为60℃下真空干燥24h，再研磨成细粉末，得到AOT掺杂的聚吡咯；

四、将AOT掺杂的聚吡咯和双酚A型环氧树脂加入到丙酮中，得到悬浊液，再将悬浊液超声，再在温度为60℃下挥发丙酮，得到双酚A型环氧树脂/聚吡咯混合物；

步骤四中所述的AOT掺杂的聚吡咯和环氧树脂的质量比为0.3:1；

步骤四中所述的超声时间为30min；

五、向双酚A型环氧树脂/聚吡咯混合物中加入二乙烯三胺、CMP-410环氧树脂活性增韧剂和石墨烯，再超声，最后将混合物倒入模具中固化成型，脱膜后得到导电形状记忆复合材料；

步骤五中所述的固化成型工艺为：首先在温度为65℃下固化3h，然后在95℃下固化2.5h，再在130℃下固化2h，最后在125℃下固化3h；

步骤五中所述的二乙烯三胺与双酚A型环氧树脂/聚吡咯混合物中双酚A型环氧树脂的质量比为20:100；

步骤五中所述的CMP-410环氧树脂活性增韧剂与双酚A型环氧树脂/聚吡咯混合物中双酚A型环氧树脂的质量比为20:100；

步骤五中所述的石墨烯与双酚A型环氧树脂/聚吡咯混合物中双酚A型环氧树脂的质量比为8:100；

步骤五中所述的超声时间为10min。

对实施例1-4中的石墨烯导电沥青层进行性能检测：

1、水稳定性检测

参照中国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011)，采用浸水马歇尔试验的残留稳定度MS₀和冻融劈裂试验的冻融劈裂强度比TSR评价混料的水稳定性。将不同类型的导电沥青路基混料置于恒温水浴箱中浸泡48h后，进行马歇尔稳定度测试，测得其浸水稳定度，结果如下表所示。

由上表可知，实施例中加入导电形状记忆复合材料，其具有显著的形状记忆效应，可以主动迎合路面接缝、裂缝处宽度变化，根据路面环境变化，更好的贴合在沥青混合料之间，解决了目前沥青路面嵌缝料开裂，有效阻挡水分的浸入，提高了石墨烯导电沥青层的水稳定性。

2、高温稳定性检测

参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011)，采用60度车辙试验的动稳定度来评价石墨烯导电沥青层的高温稳定性。按标准成型车辙板试件进行高温车辙试验，试件尺寸300mm×300mm×50mm，结果如下：

试件类型	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					动稳定性(次/分)	3939	3897	3657	3672

由上表可知，实施例中加入了导电形状记忆复合材料，具有显著的形状记忆效应，可以主动迎合路面接缝、裂缝处宽度变化，根据路面环境变化，更好的贴合在沥青混合料层之间，解决了目前沥青路面嵌缝料开裂，渗水，易老化，抗裂性差、形状记忆效果差，形状回复力较小等问题，从而延长沥青路面使用性能和耐久性，制备的导电形状记忆复合材料的弹性模量为1Ga～3.2Ga，有显著的形状记忆效应，可回复应力大，最大可回复应变为80％～100％。

3、低温抗裂性检测

通过低温劈裂试验对石墨烯导电沥青层的低温性能进行评价，试验温度为-10℃，加载速度为55mm/min。

试件类型	荷载最大值P<sub>T</sub>/kN	劈裂抗拉强度R<sub>T</sub>/MPa	破坏劲度模量S<sub>T</sub>/MPa
				实施例1	33.20	4.02	2566
实施例2	32.92	3.98	2350
				实施例3	32.58	3.92	2123
实施例4	32.02	3.80	1950

实施例石墨烯导电沥青层中加入导电形状记忆复合材料能改善沥青混合料的荷载承受能力，以及变形能力。本实施例通过优化石墨烯、导电形状记忆复合材料和聚吡咯/石墨烯复合材料的加入量，以改善石墨烯导电沥青层的低温抗裂性。

4、电阻率测定

对石墨烯导电沥青层电阻率测定

按《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》BT 1410-2006测定电阻率，采用万用表来测量其电阻率，通过电阻率来反应其中一个自融雪路面模块中石墨烯导电沥青层导电导热特性，结果如下：

试件类型	电阻率(Ω·m)
		实施例1	1.95
实施例2	2.13
		实施例3	2.33
实施例4	2.51

本实施例将石墨烯与聚吡咯进行复合反应，形成性能互补。石墨烯可以为聚吡咯提供足够的电化学反应活性区域；其巨大的比表面积和表面丰富的官能团，与聚合物复合后对于聚合物的电容特性具有显著的改善效果。聚吡咯石墨烯复合材料具有良好的热稳定性和导电性能，加入到导电沥青中，会大大提高导电沥青的电导率，电阻率仅为1.56Ω·m。

实施例制备的导电形状记忆复合材料的弹性模量为2.2Ga，电阻率为0.15Ω·m，玻璃化转变温度为63℃，具有显著的形状记忆效应，可回复应力大，最大可回复应变为98％，同时，本实施制备的导电形状记忆复合材料可以实现形状记忆聚合物的电-热致形状记忆效应的驱动。

对实施例1的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面的整体进行升温试验：

制备石墨烯导电沥青层的试件，试件尺寸为300mm×300mm×30mm，左右两侧设置有铜网电极，石墨烯导电沥青层试件的四周和底部通过保温石棉包裹，石墨烯导电沥青层的试件放入环境箱中，环境温度设定为-10℃，在石墨烯导电沥青层的上表面设置有测温贴片，控制电极电压为40V，测试37min后石墨烯导电沥青层上表面的温度达到0℃。

在石墨烯导电沥青层表面铺筑0.3cm绝缘沥青层(导热增强型沥青混合料)+2.5cm面层，环境温度设定为-10℃，控制电极电压为40V，测试58min后面层表面的温度达到0℃以上。

Claims (10)

1.基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于该基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面由多个模块化自融雪路面单元拼接而成，所述的模块化自融雪路面单元包括基板(1)、下沥青层(2)、电极(3)、石墨烯导电沥青层(4)、绝缘沥青层(6)和面层(7)，所述基板(1)的材质为贫混凝土，在基板(1)的上表面设置有围沿(1-1)，下沥青层(2)铺设在围沿(1-1)内并通过乳化沥青粘接剂粘接，石墨烯导电沥青层(4)铺设在下沥青层(2)表面并通过乳化沥青粘接剂粘接，在石墨烯导电沥青层(4)内间隔排布有多个电极(3)，电极(3)沿着石墨烯导电沥青层(4)的厚度方向设置，在石墨烯导电沥青层(4)的上表面粘接有绝缘沥青层(6)，面层(7)铺设在绝缘沥青层(6)上；

相邻两个模块化自融雪路面单元中的石墨烯导电沥青层(4)的连接处存在接缝，在接缝内浇筑有导电相变接头(5)，导电相变接头(5)为导电形状记忆复合材料；

其中石墨烯导电沥青层(4)按重量份由10～16份沥青、70～120份集料、12～18份矿粉和高导电材料组成；

所述的高导电材料由聚吡咯/石墨烯复合材料和导电形状记忆复合材料组成；聚吡咯/石墨烯复合材料占沥青质量百分含量的3-10％，导电形状记忆复合材料占沥青质量百分含量的3-6％。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于石墨烯导电沥青层(4)的厚度为3～6cm，绝缘沥青层(6)的厚度为0.3～1.0cm。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于在基板(1)的侧边沿基板(1)的厚度方向开有多个榫槽(8)，相邻基板(1)拼接形成“H”形的榫槽(8)，榫接件(9)为“H”形，榫接件(9)插接在榫槽(8)中。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于所述石墨烯导电沥青层的制备方法如下：

一、按重量份称取10～16份沥青、70～120份集料和12～18份矿粉；将沥青和集料在170℃条件下搅拌混合90s，再加入矿粉搅拌90s后，得初混料；

二、将聚吡咯/石墨烯复合材料加入到步骤一的初混料中，在150～160℃条件下搅拌处理，得到混料B；

三、将导电形状记忆复合材料加入到混料B中，搅拌120-130s，然后采用马歇尔击实法，得到所述的石墨烯导电沥青层。

5.根据权利要求4所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于所述聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法按照以下步骤实现：

将石墨烯和分散剂分散在浓度为0.1-1mol/L的盐酸溶液中，再加入吡咯单体，搅拌使吡咯单体与石墨烯分散均匀，然后向其中滴加具有氧化剂的盐酸溶液，聚合反应5-15h，生成聚吡咯/石墨烯复合材料溶液；其中石墨烯和吡咯单体的质量比为2:1；吡咯单体与氧化剂的摩尔比为(0.5～15):1，石墨烯与分散剂的质量比为1:(0.2～5)。

6.根据权利要求5所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于所述氧化剂为硫酸铁、氯化铁或过硫酸铵，分散剂为十二烷基硫酸钠。

7.根据权利要求1所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于所述导电形状记忆复合材料的制备方法按照以下步骤实现：

一、将二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠加入到去离子水中，搅拌均匀后加入吡咯，再在冰水浴条件下搅拌反应10min～20min，得到溶液Ⅰ；

二、将三氯化铁溶液滴加到溶液Ⅰ中，再在冰水浴条件下搅拌反应6h，再加入丙酮，得到反应产物；

三、使用蒸馏水对反应产物洗涤，最后放入温度为60℃下真空干燥24h，再研磨成细粉末，得到AOT掺杂的聚吡咯；

四、将AOT掺杂的聚吡咯和环氧树脂加入到丙酮中，得到悬浊液，再将悬浊液超声，再在温度为60℃～65℃下挥发丙酮，得到环氧树脂/聚吡咯混合物；

五、向环氧树脂/聚吡咯混合物中加入固化剂、CMP-410环氧树脂活性增韧剂和石墨烯，再超声，最后将混合物倒入模具中固化成型，脱膜后得到导电形状记忆复合材料。

8.根据权利要求7所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于步骤一中所述的二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠与吡咯的摩尔比为1:(4～7)。

9.根据权利要求7所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于步骤二中三氯化铁溶液的质量分数为15％～20％，步骤二中所述的三氯化铁溶液与溶液Ⅰ的体积比为3:(2～3)。

10.根据权利要求7所述的基于石墨烯多相复合材料的自融雪路面，其特征在于步骤四中所述的AOT掺杂的聚吡咯和环氧树脂的质量比为(0.1～0.3):1。

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